Ingénieurs de Glasgow Développent un Composite 3D‑Imprimé Ultra‑Léger, Haute Résistance aux Chocs pour Auto et Aéro

Des ingénieurs de l'Université de Glasgow ont été pionniers d'un composite 3D‑imprimé mélangeant résines polyoléfines et nanotubes de carbone multi‑parois, livrant un matériau à la fois plus léger et plus tenace que l'aluminium conventionnel. Dans leur article récent, « Impact Behaviour of Nanoengineed, 3D‑Printed Plate‑Lattices », publié dans *Materials & Design*, l'équipe détaille un méta‑matériau à réseau de plaques exhibant une résistance aux chocs exceptionnelle.

Les méta‑matériaux sont des solides cellulaires conçus pour exhibiter des propriétés absentes dans la nature. Les réseaux de plaques, un sous‑ensemble, sont des cadres cubiques de plaques intersectantes qui atteignent rigidité et résistance remarquables tout en maintenant une porosité élevée, ce qui les garde légers.

L'équipe a exploré si des géométries de réseaux de plaques fabriquées depuis leur composite plastique‑nanotube novateur pouvaient surpasser les matériaux existants en rigidité, résistance et ténacité. En utilisant le filament composite comme matière première d'impression 3D, ils ont imprimé plusieurs configurations de réseaux et soumis chacune à des tests d'impact par chute — lâchant un poids de 16,7 kg de diverses hauteurs — pour évaluer la résilience aux chocs.

Initialement, les chercheurs ont fabriqué trois variants canoniques de réseaux de plaques : une unité cubique basique comprenant trois plaques intersectantes ; un cube plus complexe avec intersections de plaques additionnelles ; et un design multifacettes. Chaque variant fut produit en deux séries matériaux — polypropylène (PP) et polyéthylène (PE).

Ensuite, ils ont évalué trois réseaux de plaques hybrides fusionnant attributs des designs initiaux : hybride cube‑simple/cube‑complexe, hybride cube‑simple/multifacettes, et hybride composite intégrant les trois éléments. Ces hybrides furent aussi fabriqués en PP et PE.

L'hybride tout‑en‑un a démontré l'absorption d'impact la plus élevée, particulièrement le variant PP. Évalué par absorption d'énergie spécifique — métrique d'énergie absorbée par unité de masse — l'hybride PP a soutenu 19,9 J g⁻¹, surpassant les méta‑matériaux micro‑architecturés à base d'aluminium comparables.

Le Dr Shanmugam Kumar, responsable du groupe Composites et Fabrication Additive à l'École d'Ingénierie James Watt de l'Université de Glasgow, a dirigé l'étude. Le projet a aussi enrôlé des ingénieurs mécaniques et chimiques de l'Université Khalifa à Abu Dhabi et de Texas A&M University à College Station, USA.

Kumar explique : « Cette recherche se situe à la croisée de la mécanique et de la science des matériaux. En équilibrant notre filament nano‑conçu avec des designs de réseaux hybrides sophistiqués, nous avons atteint une performance sans précédent en rigidité, résistance et absorption d'énergie. Les avancées en impression 3D permettent maintenant la fabrication rentable de telles géométries complexes, hautement poreuses, amenant la production à échelle industrielle à portée. »

Kumar souligne la fabrication automobile comme cas d'usage clé, notant que la poursuite incessante de carrosseries plus légères demande des matériaux qui ne compromettent pas la sécurité en collision. « Alors que l'aluminium est largement utilisé, notre réseau de plaques livre une résistance aux chocs supérieure, en faisant un candidat prometteur pour futures structures automobiles. De plus, la recyclabilité des plastiques impliqués s'aligne avec le virage global vers zéro net et économies circulaires », ajoute‑il.